鐵路信號軌道電路介紹及故障分析

段武君

摘 要 不同類型的軌道電路具有不同的使用特點，其性能會直接影響鐵路運輸的安全，當前我國的鐵路信號軌道電路故障診斷系統尚未達到理想的應用狀態(tài)，所以在故障診斷階段仍需要依靠現場工作人員的操作處理，為了保證工作人員的人身安全，降低故障處理難度，因此需要加大對軌道電路智能化故障診斷系統的研發(fā)力度。本文主要分析了軌道電路的主要作用及其基本構成，以及常見的軌道電路種類，并通過對25Hz相敏軌道電路的介紹和故障分析，詳細論述故障診斷系統的設計方案，實現對鐵路信號軌道電路故障位置的精準定位，并針對分路不良問題提出科學的治理措施。

關鍵詞 鐵路信號 軌道電路 故障診斷系統

中圖分類號：U284 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）06-0028-03

鐵路信號設備在現代化鐵路交通運輸事業(yè)發(fā)展過程中的廣泛應用，使其技術性得到顯著提高，能夠保障鐵路運輸的安全性。信號設備具有連續(xù)性工作的特點，主要安裝在室外環(huán)境，會受到外界因素的影響，在設備管理過程中存在許多困難。想要全面提高鐵路信號系統的安全管理水平，就需要分析鐵路信號軌道電路存在的故障問題，建立故障診斷系統、智能識別故障診斷功能，及時發(fā)現鐵路運輸過程中信號設備軌道電路存在的隱患，分析軌道電路故障的主要原因，為后續(xù)的維護與維修提供技術支持。

1 軌道電路的作用、組成及分類

1.1 作用

參考《中華人民共和國鐵道行業(yè)通用技術標準》，對軌道電路進行全面分析，主要利用鐵路線路的鋼軌完成信息傳遞，達到區(qū)段占用檢查的目的。軌道電路通過電氣絕緣節(jié)和機械絕緣節(jié)兩種形式，對軌道電路區(qū)段進行劃分，結合得到的數據判斷軌道電路當前的工作狀態(tài)，是否存在故障區(qū)段紅光帶、分路不良等問題。結合軌道電路的實際工作狀態(tài)，運用科學合理的技術處理手段，采用標準的檢查方式，分析軌道電路區(qū)段的運行情況，對判斷列車是否占用具有明顯的風險預警作用，在鐵路安全運輸中起到重要的作用。

1.2 組成

軌道電路的組成主要分為導體、鋼軌絕緣、送電端設備和受電端設備。導體區(qū)域主要包括鋼軌以及鋼軌的接續(xù)線，按照不同的軌道類別選擇合理的接續(xù)線;鋼軌絕緣大多數采用機械絕緣，只有一部分傳統型軌道電路會采用電氣絕緣節(jié)，在安裝過程中站內一離區(qū)和三接近區(qū)段主要位于站內與區(qū)間之間的交界處，因此，需要采用機械絕緣節(jié)保證鋼軌的絕緣性;送電端設備主要分為軌道電源變壓器、熔斷器以及防雷設備，只有滿足軌道電路的供電需求，才能夠保證站內與期間軌道電路的正常運行，采用特定的電源模塊完成供電需求，結合軌道電路的設計要求，選擇不同類型的變壓器，主要分為扼流變壓器、軌道變壓器以及匹配類變壓器三種形式;受電端設備同樣包含必要的變壓器設施，安裝限流電阻協調好各單元的運行狀態(tài)，加強對接收器、繼電器等基礎設備的防雷保護，保證受電端設備運行的穩(wěn)定性。

1.3 分類

按軌道電路的工作方式分為開路式和閉路式軌道電路。閉路式軌道電路能夠檢查軌道電路的完整性，所以目前信號設備中多采用閉路式軌道電路;按牽引電流通過方式分為單軌條和雙軌條軌道電路。雙軌條軌道電路工作比單軌條軌道電路穩(wěn)定可靠，極限長度基本上可以滿足閉塞分區(qū)長度的要求，但成本高。電氣化區(qū)段多采用雙軌條軌道電路;按相鄰鋼軌線路的分割方法，分絕緣節(jié)式和無絕緣節(jié)式軌道電路。我國目前應用的有：50Hz軌道電路、25Hz相敏軌道電路、微電子交流計數軌道電路和移頻軌道電路（有4信息、8信息、18信息和UM71、ZPW2000）。

2 25Hz相敏軌道電路介紹及故障分析

2.1 25Hz相敏軌道電路

25Hz相敏軌道電路的組成主要分為電源、變壓器、繼電器、電子接收盒以及鋼軌引接線等，為了全面提高抗牽引電流的干擾能力，適應電氣化區(qū)段，需要在原有的基礎上進行25Hz相敏軌道電路結構調整，采用焊接的方式完成鋼軌引接線安裝，有效降低接觸電阻。通過一長一短的引接線設計方式，為等阻線的安裝提供便利，軌道電路的送電端和受電端在安裝過程中，需要選擇合適的變壓器型號，可以分別增設適配器減少脈沖干擾。優(yōu)化二元二位繼電器裝置的工藝設計，有效避免分路不良問題的發(fā)生，為了保證傳輸功率，需要在局部線圈添加補償電容，選擇扼流變壓器進一步提高抗沖擊電流的能力，但在安裝階段需要控制好變壓器的中點對稱度。

2.2 25Hz相敏軌道電路發(fā)碼區(qū)段故障

站內的電碼化區(qū)段出現故障后，會產生電碼化干擾，因此需要斷開室內電碼化區(qū)段發(fā)送器的運行狀態(tài)。一般情況下電碼化發(fā)送器包含主備發(fā)送器與+1發(fā)送器，在故障維修階段需要保證多臺發(fā)送器的同時斷開。當軌道電路發(fā)生故障時，電碼化區(qū)段的發(fā)碼電路處于持續(xù)工作的狀態(tài)，在區(qū)段故障處理需要采用預發(fā)碼干擾，保證發(fā)送器斷開。

在進行正線區(qū)段故障處理的過程中，軌道電路的傳輸通道存在數據信息，直接進行發(fā)送器斷開處理會為后續(xù)的維護帶來困難，因此需要了解傳輸通道上25Hz軌道電路信息與電碼化信息內容，利用移頻在線測試記錄表進行頻率選擇，并完成檔位測試。

2.3 25Hz相敏軌道電路非發(fā)碼區(qū)段故障

電源供電故障：在進行電源供電引起的軌道電路故障排查的過程中，根據實際故障現象判斷是多個軌道電路同時故障，還是某一電路區(qū)段的設備故障。首先進行電源供電現狀排查，當電源屏軌道電路模塊出現故障時，所有由該電源提供電能的區(qū)段都會出現故障，會出現多個區(qū)段紅光帶的預警情況;當出現局部電壓超標時也會引發(fā)多個區(qū)段故障，工作人員需要重點檢查電源屏的顯示情況。軌道電路相位角故障：在實際運行過程中會出現軌道電路相位角變化，引發(fā)一系列故障問題，在進行25Hz相敏軌道電路相位角設計時，需要結合軌道設計需求參考超前局部標準，當出現軌道電路相位角與實際需求不符的問題時，進行相位角故障處理，判斷故障發(fā)生的主要原因，進行相位角標準調節(jié)。同時，要避免因盲目調整導致軌道電壓發(fā)生變化，當一部分配有適配器25Hz軌道電路區(qū)段無法實現相位角調整時，需要對適配器進行調整，相位角故障通常發(fā)生在施工改造階段，受到扼流引接線長短的影響。426B0E92-BEF1-465A-AC85-8D2F2499E6FE

3 鐵路信號軌道電路故障位置的判斷和處理

3.1 軌道電路故障處理步驟

在進行軌道電路故障處理的過程中，首先要確定故障發(fā)生的類型以及故障的具體位置和范圍，查閱集中檢測數據通過現場分線盤甩線和系統測試的方式，確定故障發(fā)生的具體位置，觀察器材、配線以及設備的運行狀態(tài)。為了保證設備故障點判斷的準確性，需要工作人員到故障發(fā)生地點進行統一處理，如果無法在短時間內確定故障點，則需要按照一定順序對電纜、接收端、鋼軌絕緣、引接線、跳線等環(huán)節(jié)進行故障查找，最終確定發(fā)生故障的設備，并通知信號專業(yè)人員進行故障處理。[1]

3.2 室內故障判斷處理

控制臺出現移頻報警：觀察軌道電路的工作狀態(tài)，當其處于穩(wěn)定運行時，對移頻柜衰耗盤的燈亮情況進行觀察，確定發(fā)出預警的位置是“發(fā)送端”還是“接收端”。如果發(fā)送端出現故障，進行衰耗盤發(fā)送電源的電壓值測試，與標準值進行對比，當數值處于正常范圍內，判斷故障原因可能是發(fā)送器運行問題，發(fā)送器更換后檢查電源、斷路器等外部設備的工作狀態(tài)。接收端出現故障時，測試衰耗盤接收電源的電壓值，電壓正常需要更換接收器，更換后檢查電源、斷路器等外部設備的工作狀態(tài)。軌道電路紅光帶：首先檢查接收器電壓數值是否正常，進行衰耗盤電壓檢測，若電壓正常再檢查衰耗盤勵磁電路，如果以上數值均處于正常值，對列車運行區(qū)段衰耗盤電壓進行檢測，分析列車運行區(qū)段衰耗盤與本區(qū)段衰耗盤區(qū)間的通道狀態(tài)，如果以上檢查結果均顯示正常，大概率為室外故障。[2]

3.3 室外設備故障處理

信號專業(yè)人員在故障檢測的過程中，首先進行軌道區(qū)段軌面電壓數值測量，觀察軌面電壓的顯示情況，如果軌面電壓為零，故障位置大概率在送電端，若軌面電壓顯示正?；蚋哂跇藴手担收衔恢么蟾怕试谑茈姸?。通過對送端軌面電壓、扼流變壓器、限流電阻等數值的對比分析，判斷故障所處的位置，運用MF-14萬用表按照標準順序進行電壓測試，分析電壓突變點，得到準確的故障位置。開路故障要重點進行“三線”檢查，觀察送電端的限流電阻電壓數值，分析是否為短路故障，運用軌道電路故障診斷儀選擇合適的檔位進行引入線電流測量，分析受電端是否出現短路。

4 鐵路信號軌道電路分路不良的有效防治

4.1 風險防控體系的構建

結合當前鐵路的運行情況，自動完成風險識別，充分利用現有資源降低事故的發(fā)生頻率，保證鐵路運輸的經濟效益，隨著我國高鐵建設規(guī)模的不斷擴大，需要意識到鐵路信號軌道電路的重要性，結合日常工作經驗完成各類故障的現場處理，精準測量列車運行參數，將信息數據發(fā)送到鐵路系統調度中心，為列車的調度提供依據，提高鐵路系統運行的穩(wěn)定性。[3]

4.2 軌道清理工作

在進行軌道清理的過程中，經常會發(fā)現輪道電阻問題，軌道平面出現銹蝕現象，導致軌道電路分路不良，因此，需要工作人員定期進行軌面清理，并對軌面的實際運行狀態(tài)進行測試，確定清理范圍后通過電脈沖法完成區(qū)段軌面清理。利用自動化在線監(jiān)測系統了解軌道的占用狀態(tài)，軌道電路系統運行階段會向軌道施加電壓，道床中的雜質會降低軌道與道床之間的絕緣性，負責線路檢查的工作人員需要充分了解當前的道床清理情況，對于一些降水量較大的鐵軌路段，需要保證路基排水系統的穩(wěn)定運行，通過脈沖清理設備完成灰塵清理。

4.3 在線監(jiān)測系統

在線監(jiān)測技術的有效應用，主要負責對軌道電路的系統運行狀態(tài)進行監(jiān)測，實現對故障頻發(fā)區(qū)的綜合管理，將監(jiān)測得到的數據和信息提交到鐵路部門，深入了解不同路段故障發(fā)生的主要原因，制定出科學合理的防護措施，優(yōu)化傳統的管理體系，保證軌道電路的穩(wěn)定運行。為了有效降低軌道電路分路不良問題的發(fā)生，需要對不同區(qū)段的工作狀態(tài)進行監(jiān)測記錄，一旦在檢測過程中發(fā)現某一路段故障頻發(fā)，就需要安排信號專業(yè)人員到現場對故障產生原因進行分析，檢查相關設備的實際運行情況，完成項目檢查后自動進行系統修復。

5 25Hz相敏軌道電路的故障診斷系統設計方案

5.1 系統中區(qū)段分析模塊的技術構架

結合25Hz相敏軌道電路的實際工作狀態(tài)，將在線監(jiān)測系統得到的數據信息整合到一起，參考各區(qū)段的工作表現進行數據分離處理，分析模擬量與開關量的變化情況。模擬量分析指的是電壓分析，根據得到的分析結果，將路段的工作狀態(tài)分為“空閑狀態(tài)”“過車狀態(tài)”“占車狀態(tài)”三種形式。在此基礎上進一步分析，采用模糊神經網絡進行故障診斷，系統根據診斷結果，向管理中心輸出保障報警。

5.2 模糊神經網絡在故障診斷系統中的應用

運用模糊神經網絡組建故障分析模型，推動故障診斷流程的智能化發(fā)展，通過程序輸入結合故障排除經驗，從不同的角度填寫預估參數值進行故障分析，派遣信號專業(yè)人員到故障現場檢測從而快速進行故障維修。首先，設定好三個輸入參數，通過系統模擬檢測出常見的四種25Hz相敏軌道電路故障，輸出系統監(jiān)測過程以及最終分析結果，由專家總結故障分析經驗，參考故障診斷規(guī)則，適當地調整模型參數，逐一對模型分析結果進行驗證，全面提高25Hz相敏軌道電路故障診斷效果。結合模糊神經網絡模型輸出的故障預警，參考診斷規(guī)則進行故障位置確認。

5.3 系統界面功能的實現

25Hz相敏軌道電路故障診斷系統中的C++ Builde軟件開發(fā)平臺，能夠自動將在線監(jiān)測到的數據信息儲存到系統數據庫，并可以在各區(qū)段分析模型中設定標準參數，為后續(xù)的智能化分析以及軌道電路故障診斷奠定有利基礎，結合最終的故障診斷結果輸出故障報警。

5.4 25Hz相敏軌道電路故障診斷系統設計

在智能化診斷系統設計的過程中，需要明確25Hz相敏軌道電路的主要特點和工作原理，從不同的工作狀態(tài)分析25Hz相敏軌道電路常見的故障以及形成原因。在此基礎上融入模糊神經網絡，輸入、輸出標準參數，建立網絡分析模型，根據均勻傳輸線理論，計算變壓器電壓的臨界值，并判斷是否輸出系統預警，采用四端網絡分布特點，計算軌道四端網鋼軌的形狀和相對位置，得到具體電路長度，為了保證參數計算的精準性，選取標準參考值進行計算模擬。

6 總結

鐵路信號軌道電路是鐵路運行控制的基礎設施，在實際運行過程中，軌道電路可以用于某一車段的線路檢查，判斷特定區(qū)段內鋼軌的完整性，利用軌道電路將地面信號精準傳輸到運行機車，保證列車運行的穩(wěn)定性和安全性。負責鐵路信號的工作人員，在日常作業(yè)過程中會遇到不同類型的軌道電路故障問題，一旦出現軌道電路故障將會影響行車安全。軌道電路故障的長時間存在，不利于鐵路運輸效率的提升，因此需要通過安全風險管理控制技術，保障鐵路行業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻：

[1] 房剛.軌道電路典型問題分析與處置[J].鐵路通信信號工程技術，2021，18（S1）：5-8.

[2] 王嘉鑫.探究現代鐵路信號設備的故障與安全保障措施[J].機械管理開發(fā)，2020，35（11）：300-301.

[3] 樊偉偉，溫永勇.鐵路信號設備的維修措施研究[J].設備管理與維修，2020（12）：32-33.426B0E92-BEF1-465A-AC85-8D2F2499E6FE